武漢長江新城起步區(qū)地下水環(huán)境特征研究

周 峰，陶 良，胡元平，李 朋，張 雅，劉 力，夏冬生

(1.湖北省地質(zhì)調(diào)查院,湖北 武漢 430034; 2.武漢市測繪研究院,湖北 武漢 430022)

湖北省武漢市因水而興,被稱為是百湖之市,水是武漢市的血脈,同時水優(yōu)勢也是武漢市決勝未來的核心競爭力。要利用水資源、優(yōu)化水空間、治理水環(huán)境、保障水安全、弘揚水文化[1]。2017年,武漢市政府提出“規(guī)劃建設長江新城”,打造“武漢的未來之城,全球未來城市的樣板區(qū)”。長江新城總體規(guī)劃從組團式空間布局、水環(huán)境保護及生態(tài)安全格局、藍綠生態(tài)網(wǎng)絡、綜合交通體系、公共服務水平等方面,繪制了一幅未來城市的“愿景圖”。地下水是人類社會必不可少的重要水資源[2]。隨著城市不斷發(fā)展擴張,生活產(chǎn)生的污水、垃圾，農(nóng)業(yè)活動中農(nóng)藥、化肥的使用,工礦企業(yè)排放未經(jīng)處理的污水,都有可能導致地表水污染,進而下滲污染地下水,因此查明地下水環(huán)境特征、對地下水水質(zhì)做出正確、合理的評價對人們合理利用、保護、規(guī)劃地下水資源而言十分重要[3-8]。為服務長江新城規(guī)劃建設與運營管理,本文以長江新城起步區(qū)為研究區(qū),查明區(qū)內(nèi)地下水環(huán)境特征,主要包括地下水主要離子含量、地下水化學類型、地下水質(zhì)量,并對地下水污染影響因素進行分析,提出開發(fā)利用和保護建議。

1 研究區(qū)概況

長江新城起步區(qū)位于武漢市中北部,行政上屬諶家磯—武湖區(qū)塊,位于長江北岸,與天興洲隔江對望,為長江Ⅰ、Ⅱ級階地,地勢平坦開闊,高程在16～30 m之間,地形坡度為0°～2°,以平原地貌為主。區(qū)域上屬于江漢平原的東北緣,區(qū)內(nèi)有襄廣斷裂和長江斷裂通過,長江新城沿江一帶的沖積平原具明顯的二元結(jié)構(gòu),上部為全新統(tǒng)粘土層,下部為砂性土及砂礫石層。北側(cè)高車村一帶為零星的低崗地,巖性以上更新統(tǒng)粉質(zhì)粘土、粉土和粘土為主。

根據(jù)最新的調(diào)查成果,依據(jù)地下水的埋藏條件及含水介質(zhì)將研究區(qū)內(nèi)地下水類型劃分為3大類,各類型地下水特征如下：

(1)松散巖類孔隙承壓水主要分布在長江及其支流的Ⅰ、Ⅱ級階地,地下水賦存于全新統(tǒng)走馬嶺組(Qhz)、上更新統(tǒng)下蜀組(Qp3x)的沖積砂、砂礫石孔隙中,因此又可分為2個含水巖組,但局部區(qū)域二者相互連通。① 全新統(tǒng)走馬嶺組孔隙承壓水含水巖組([Qhz])主要分布于長江Ⅰ級階地,府河匯入灄水河交匯處,含水層頂板埋深為2.46～19.4 m,底板埋深6.59～34.2 m,厚度為4.13～21.6 m,水位埋深2.5～12.4 m,含水巖組富水性在地域上呈明顯規(guī)律性,Ⅰ級階地前緣為水量豐富地段,單井涌水量>1 000 m3/d,階地后緣富水性中等,單井涌水量500～1 000 m3/d,該含水層受人類活動影響較大,水體污染普遍較嚴重。② 上更新統(tǒng)下蜀組孔隙承壓含水巖組([Qp3x])主要以透鏡狀分布于灄水河與朱家河之間、灄水河與湯湖之間以及勝家海湖的北部,含水層頂板埋深為12.6～27.19 m,底板埋深14.2～31.2 m,厚度為0.7～5.6 m,水位埋深8.0～12.0 m,主要接受大氣降水的補給,由于該含水層厚度普遍不大,且在研究區(qū)內(nèi)呈透鏡狀分布,單井涌水量為100～1 000 m3/d,水量較豐富。

(2)碎屑巖類裂隙水賦存于白堊系—新近系粉砂巖、細砂巖、砂礫巖含水巖組([K-N])中,分布于灄水河以北大部分地區(qū)以及朱家河以南局部地區(qū),該類型地下水賦存于白堊系—新近系(K-N)碎屑巖裂隙中。該含水巖組頂板埋深19.8～69.7 m,未揭穿。該類型地下水富水程度取決于巖層張開裂隙的發(fā)育程度,富水性相對貧乏,單井涌水量1～20 m3/d,局部地區(qū)的鉆孔單井涌水量較大(八一農(nóng)場SW009涌水量302.4 m3/d)。經(jīng)水位統(tǒng)測,該層地下水流向為北西向南東。

(3)碳酸鹽巖類巖溶水賦存于石炭系—三疊系灰?guī)r和白云巖含水巖組([C-T])中,分布于幸福灣—諶家磯街道一帶,分布面積較小,隱伏于地下,北西西向呈條帶狀分布。地下水賦存于石炭系—三疊系碳酸鹽巖巖溶中,含水層頂板埋深23.1～45.85 m,未揭穿,單井涌水量1～10 m3/d。

2 水樣采集與測試

為查明研究區(qū)的地下水環(huán)境特征,于2018年8月系統(tǒng)采集了17件地下水樣品,取樣位置見圖1,樣品均取自區(qū)內(nèi)的水文井和機民井,其中1件為全新統(tǒng)孔隙承壓水,3件上更新統(tǒng)孔隙承壓水,3件二者混合的孔隙承壓水,3件碳酸鹽巖巖溶水,7件碎屑巖類裂隙水(圖1、表2)。pH、電導率、溶解氧等在現(xiàn)場使用 HACH40d便攜式水質(zhì)分析儀測定,按地下水質(zhì)檢測方法,水樣的采集和保存后，送原國土資源部武漢礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心(湖北省地質(zhì)實驗測試中心)測定,每件采集水樣2份,所測水樣的陰陽離子電荷平衡誤差在5%以內(nèi)。

3 地下水環(huán)境特征分析

3.1 主要離子含量特征

表1 研究區(qū)地下水主要離子濃度統(tǒng)計結(jié)果Table 1 Statistics results of main ion concentration ofgroundwater in the study area

查研究》。

圖2 研究區(qū)地下水陽離子平均濃度及占比情況Fig.2 Average concentration and proportion of cation ofgroundwater in the study area

圖3 研究區(qū)地下水陰離子平均濃度及占比情況Fig.3 Average concentration and proportion of anion ofgroundwater in the study area

3.2 地下水化學類型

圖4 研究區(qū)地下水Piper三線圖Fig.4 The Piper diagram of groundwater in the study area

3.3 地下水質(zhì)量評價

通過對地下水質(zhì)量常規(guī)成分分析,參照《地下水質(zhì)量標準》(GB/T 14848—2017)[7],共選取14項常規(guī)指標,分別為pH、總硬度、溶解性總固體、耗氧量、硫酸鹽、鐵、錳、砷、鈉、氨氮、亞硝酸鹽、硝酸鹽、氯化物、氟化物。采用“內(nèi)梅羅指數(shù)法”[9-11],對地下水質(zhì)量進行綜合評價,其結(jié)果如表2。

(1) 全新統(tǒng)孔隙承壓水為Ⅳ類,由于其埋深較小,易受到人類排放污染物的影響,該層水質(zhì)普遍較差。上更新統(tǒng)孔隙承壓水主要為Ⅲ類,部分區(qū)域達到Ⅳ類,推測可能在一些民用敞口井中貫通了上部全新統(tǒng)孔隙承壓含水層而發(fā)生混合,導致水質(zhì)變差。本區(qū)松散巖類孔隙承壓水的主要超標指標為總硬度,其次為氨氮和硝酸鹽。

表2 地下水水質(zhì)評價結(jié)果匯總表Table 2 Statistics results of groundwater quality evaluation

(2) 碳酸鹽巖巖溶水水質(zhì)總體較差,均為Ⅳ類,除水樣SW001為鐵略微超標外,其余的地下水均為氨氮超標。

(3) 碎屑巖裂隙水在區(qū)內(nèi)分布廣泛,受不同地形地貌、覆蓋層巖性及厚度、人類活動等因素的影響,該層地下水水質(zhì)在不同地區(qū)呈現(xiàn)出較大的差異性,其中研究區(qū)西北角八一農(nóng)場一帶地下水的水質(zhì)較好,達Ⅲ類,而紅聯(lián)村、平安鋪等地區(qū)水質(zhì)相對較差,達Ⅳ類,主要污染指標為氨氮,其次為鐵和耗氧量等。

另外,本次對區(qū)內(nèi)淺層孔隙承壓水中的Fe、Mn等元素進行了補充采樣研究(圖1),發(fā)現(xiàn)沿現(xiàn)代河流Ⅰ級階地附近的樣品(WL005、WL007、WL008、WL013)Fe元素含量明顯超標,濃度達到1.08～1.96 mg/L,而靠近長江的樣品WL007地下水中Mn元素含量達到3.749 mg/L。作為對比研究,基巖裂隙水中(WL004、WL015)中Fe、Mn元素含量基本未超標,結(jié)果與江漢平原東北部淺層地下水Fe、Mn元素普遍超標[4-5]的結(jié)果基本一致。

3.4 地下水污染影響因素分析

地下水水質(zhì)污染直接影響地下水資源開發(fā)利用和人民群眾的健康安全。通過本次地下水環(huán)境調(diào)查并結(jié)合區(qū)內(nèi)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)分布情況(圖1),對可能造成地下水污染的相關因素進行了初步分析,區(qū)內(nèi)地下水污染情況可分為3類:一類是灄水河至泵站河之間的長江沿岸區(qū)域的淺層地下水中Fe、Mn元素含量明顯超標,推測可能與其賦存地層的原生環(huán)境具一定相關性,因區(qū)內(nèi)走馬嶺組、下蜀組地層中富含鐵錳質(zhì)結(jié)核及氧化膜,其可能提高了該層位地下水的元素背景值。二類是勝海湖至泵站河、南湖村地區(qū)地下水中氨氮濃度較高,該區(qū)域主要為農(nóng)業(yè)用地,其污染可能與當?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中大量氮肥的施用有關。三類是肖灣、青龍社區(qū)一帶地下水中總硬度、硝酸鹽等含量較高,這一區(qū)域多為家具制造等工業(yè)場地,推測該處地下水污染與其有一定聯(lián)系。

4 結(jié)論與建議

通過本次調(diào)查研究,基本查明了長江新城起步區(qū)的地下水環(huán)境特征,總結(jié)如下：

(1) 長江新城起步區(qū)地下水類型細分為4類,其中,全新統(tǒng)孔隙承壓水和上更新統(tǒng)孔隙承壓水單井涌水量100～1 000 m3/d,與長江水力聯(lián)系密切；白堊系—新近系碎屑巖類裂隙水區(qū)內(nèi)均隱伏于地下,未揭穿,單井涌水量1～20 m3/d,地下水流向為北西向南東；石炭系—三疊系碳酸鹽巖類巖溶水區(qū)內(nèi)均為隱伏型,未揭穿,單井涌水量1～10 m3/d。

(3) 研究區(qū)地下水質(zhì)量總體較差,其中松散巖類孔隙承壓水總體為Ⅳ類,局部達Ⅲ類,主要污染指標為總硬度、氨氮,主要特點為長江Ⅰ級階地附近淺層地下水中的Fe、Mn元素濃度超標,認為與區(qū)域自然背景有一定相關性；碳酸鹽巖巖溶水水質(zhì)為Ⅳ類,主要污染指標為氨氮和鐵；碎屑巖類裂隙水水質(zhì)不同區(qū)域具明顯差異,其中分布在工業(yè)場區(qū)周邊的地下水總硬度、硝酸鹽等含量較高。

根據(jù)長江新城起步區(qū)的地下水環(huán)境特征，對本區(qū)的地下水開發(fā)利用及保護提出建議如下：

(1) 長江新城起步區(qū)內(nèi)敞口井多以松散巖類孔隙承壓水為取水層,受賦存地層的原生環(huán)境和人類活動的雙重影響,水質(zhì)普遍較差,不建議作為生活飲用水源；但長江沿岸地區(qū)地下水雖水質(zhì)較差,但地下水資源儲量豐富,可作工農(nóng)業(yè)用水。

(2) 研究區(qū)西北角八一農(nóng)場一帶的碎屑巖裂隙水是區(qū)內(nèi)較好的取水層,地下水水質(zhì)較好(Ⅲ類),且可開采資源量較大,但是為確保地下水資源合理利用,應控制開采強度。

(3) 本區(qū)的碳酸鹽巖巖溶水均為隱伏型,其上覆隔水層較薄或無隔水層,因此該地下水與松散巖類地下水聯(lián)系較密切,水質(zhì)普遍較差,且可開采資源量較小,應控制開采強度。

(4) 加強研究區(qū)地下水動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)點建設,特別是人類活動密集地區(qū)和重要的水源保護地,實時監(jiān)測地下水環(huán)境變化,同時還需做好遠景供水源區(qū)的地下水防污性能評價,保護水源地,為城市的地下水安全保駕護航。